基于ARM的智能無線信號變送器的設(shè)計

MAX1162是一款低功耗、16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），采用逐次逼近型ADC結(jié)構(gòu)，具有自動關(guān)斷、1.1μs快速喚醒和兼容于SPI/QSPI/MICROWIRE的高速接口。MAX1162工作于+5V單模擬電源，并且具有獨(dú)立的數(shù)字電源引腳，允許芯片直接和+2.7～+5.25V的數(shù)字邏輯接口。

在最大采樣速度200ks/s下，MAX1162僅吸取2.5mA電流。在200ks/s（最大值）采樣速度下，功耗僅12.5mW（AVDD=DVDD=+5V）。AutoShutdown能在10ks/s速率下將電源電流減小至130μA，在更低的采樣速度下可以減小至10μA以下。

MAX1162的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖見圖4。

圖4 MAX1162內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

② 相關(guān)電路設(shè)計

從跟隨器出來的模擬信號可能夾雜著噪聲信號，會對轉(zhuǎn)換精度產(chǎn)生影響，因此，在MAX1162前加入濾波電路，盡量減少輸入噪聲的影響。同時，為了減少對其他電路的影響，增加了0.1μF的去耦電容。電路原理圖見圖5。

圖5 A/D電路原理圖

3 GPRS MODEM接口電路

CMS91 GPRSMODEM是一塊以CMS91GPRS模塊為核心搭配必要外圍電路制成的GPRSMODEM。CMS91模塊是一種雙頻段GSM/GPRS10級模塊，既支持GSM的短信功能，也支持GPRS數(shù)據(jù)傳輸功能。MODEM提供了標(biāo)準(zhǔn)RS232接口，使用了6根串行通信信號線：TXD、RXD、DTR、CTS、RTS和GND。其通信波特率范圍為2400～115 200b/s。

LPC2136提供了一組完整的9芯（包括地）MODEM信號，我們可以使用其中對應(yīng)的6根來與MODEM通信，但由于是3.3V電平邏輯，要與MODEM的RS-232接口連接還需要電平轉(zhuǎn)換。雖然在本系統(tǒng)中我們所用MODEM使用6根MODEM信號線，但為了兼容其他各型號的串行MODEM，提高本系統(tǒng)的兼容性和升級能力，設(shè)計中將LPC2136提供的完整MODEM信號全部進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，通過跳線設(shè)置選擇實際應(yīng)用需要使用的信號線。

用MAX3243進(jìn)行3.3V和RS-232電平轉(zhuǎn)換。MAX3243是MAXIM公司推出的232電平轉(zhuǎn)換芯片，其內(nèi)部含有獨(dú)立電荷泵，可以從3.0～5.5V的電源電壓產(chǎn)生2Vcc的RS-232電平，使得其只需外接4個0.1μF的電容和一路 3.3V工作電源即可正常工作，大大簡化了電路設(shè)計。其具有5個接收器和3個驅(qū)動器，符合標(biāo)準(zhǔn)MODEM信號方向的配置，適合MODEM連接。其電路原理圖如圖6。

圖6 MODEM接口電路原理圖

軟件設(shè)計

軟件的編寫工作主要有兩個部分：AD轉(zhuǎn)換部分和GPRS MODEM部分。

AD轉(zhuǎn)換部分：模擬部分使用的A/D芯片為標(biāo)準(zhǔn)SPI接口。SPI接口操作比較簡單，在系統(tǒng)中我們使用IO口模擬SPI總線，按照各芯片規(guī)定的操作時序編寫相應(yīng)的IO口操作程序即可。MAX1162的讀寫時序見圖7。

從時序圖上可以看出，一個AD轉(zhuǎn)換周期從CS信號下降沿開始，并在6個時鐘節(jié)拍后ADC開始采集數(shù)據(jù)。SCLK信號驅(qū)動著轉(zhuǎn)換過程并在第8個時鐘節(jié)拍下降沿開始把轉(zhuǎn)換結(jié)果放到DOUT數(shù)據(jù)線上（高位數(shù)據(jù)在前），整個轉(zhuǎn)換周期需要24個時鐘節(jié)拍，在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果最低位后，CS被強(qiáng)制拉為高電平，自動復(fù)位內(nèi)部寄存器，并使MAX1162進(jìn)入掉電模式。具體程序的編寫可參考MAX1162的用戶手冊。

圖7 MAX1162讀寫時序

GPRS MODEM部分：為了解決終端設(shè)備（Terminal Equipment，TE）或數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DataTerminal Equipment，DTE）與終端適配器（Terminal Adapter，TA）或數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備（DataCircuit TerminalEquipment，DCE）之間通信的問題，著名通信設(shè)備生產(chǎn)商Hayes為此制定了一套指令，現(xiàn)在已成為事實上的標(biāo)準(zhǔn)并被所有調(diào)制解調(diào)器制造商采用。這就是常說的“AT指令”。AT指令幾乎都是以AT開始，以《CR》《LF》結(jié)尾的特定的字符串，AT后跟的字母和數(shù)字表明AT指令的具體功能。指令集分成標(biāo)準(zhǔn)AT指令集（StandardV.25ATCommands），AT增強(qiáng)指令集（ATCommandsforEnhancedFunctions），傳真指令集（ATCommandsforFAX）等多種。各個不同的MODEM生產(chǎn)廠商對于特殊的功能集進(jìn)行了相應(yīng)的增加。

我們使用的CellonCMS91模塊用于發(fā)送短消息的主要AT指令見表2。

表2 常用的短消息AT指令

在本系統(tǒng)中，CMS91模塊與LPC2136的UART1相聯(lián)。LPC2136通過UART1以字符的形式將AT指令發(fā)給CMS91模塊。在底層驅(qū)動中我們要完成的任務(wù)就是實現(xiàn)通過LPC2136的UART1向GPRS MODEM發(fā)送字符，其中最基本的函數(shù)是實現(xiàn)WRITE MODEM函數(shù)。

uint8 ModemWrite（char *Data， uint16 NByte）

{

uint8 err，i;

while（NByte》0）

{

OSSemPend（Uart1Send，0，err）;

for（i=0;i《8;i++）

{

U1THR=*Data++;

NByte--;

if（NByte==0）

{

break;

}

}

}

return ModemState;

}

結(jié)束語

系統(tǒng)具備了移動網(wǎng)內(nèi)GPRS終端間互聯(lián)功能和INTERNET接入功能，此外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，充分考慮了樣機(jī)系統(tǒng)的開放性、可擴(kuò)展性、易升級性等特點(diǎn)，整個系統(tǒng)具有很高的性價比。實踐證明了該設(shè)計的可行性，但在系統(tǒng)的復(fù)位電路、外部時鐘電路和電源等幾個部分，本文只提供了一種最簡單的方案。在實際應(yīng)用中，對于較為復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境可以相應(yīng)添加看門狗復(fù)位電路和獨(dú)立電源設(shè)計等復(fù)雜電路。